JP5282003B2 - Exhaust gas recirculation device - Google Patents
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Description
本発明は、水冷式のEGRクーラを備えた排気ガス再循環装置に係り、詳しくはEGRクーラ内におけるエンジン冷却水のボイリングの抑制を図る技術に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device provided with a water-cooled EGR cooler, and more particularly to a technique for suppressing engine cooling water boiling in the EGR cooler.
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは、燃費の向上や有害排出ガス成分(排気EM)の低減を図るべく、排気ガスの一部をEGRガスとして排気系から燃焼室に再循環させる排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation:以下、EGRと記す)装置が広く採用されている。EGRガスは、高温のままで燃焼室に環流させると燃焼温度が上昇してNOxの排出量が増加することから、その一部あるいは全部を水冷式のEGRクーラによって冷却することで低温EGRガスとした後に環流させることが望ましい。EGRクーラとしては、EGRガスの流入路および流出路とエンジン冷却水の導入口および排出口とを有するハウジングと、ハウジングに内装されてEGRガスの通過に供されるインナチューブとを備えたものが一般的である(特許文献1参照)。 In gasoline and diesel engines, exhaust gas recirculation (exhaust gas) is used to recirculate part of the exhaust gas from the exhaust system to the combustion chamber as EGR gas in order to improve fuel economy and reduce harmful exhaust gas components (exhaust EM). Recirculation (hereinafter referred to as EGR) devices are widely adopted. When EGR gas is recirculated to the combustion chamber at a high temperature, the combustion temperature rises and the amount of NOx emissions increases. Therefore, by cooling part or all of the EGR gas with a water-cooled EGR cooler, It is desirable to reflux after the operation. An EGR cooler includes a housing having an EGR gas inlet and outlet passage, an engine cooling water inlet and outlet, and an inner tube that is built in the housing and is used for passage of EGR gas. It is general (refer patent document 1).
近年、ディーゼルエンジン等においては、排気EMの更なる低減を図るべく大量のEGRガスを再循環させる傾向にあり、冷却能力が大きい大容量のEGRクーラが採用されることが多くなっている。ところが、大容量のEGRクーラでは、エンジン冷却水の導入口や排出口から離れた部位において、高熱負荷時等にEGRガスの熱が吸収しきれなくなり、ハウジング内でエンジン冷却水のボイリング(沸騰)が発生することがあった。そして、エンジン冷却水のボイリングは、EGRクーラの冷却能力を著しく低下させ、燃費の向上や排気EMの低減を阻害する要因となるため、その抑制が強く望まれていた。 In recent years, diesel engines and the like tend to recirculate a large amount of EGR gas in order to further reduce the exhaust EM, and a large-capacity EGR cooler having a large cooling capacity is often employed. However, in a large-capacity EGR cooler, the heat of the EGR gas cannot be absorbed at a high heat load or the like at a part away from the inlet and outlet of the engine cooling water, and the engine cooling water is boiling (boiling) in the housing. May occur. And since the engine cooling water boiler significantly reduces the cooling capacity of the EGR cooler and hinders the improvement of fuel consumption and the reduction of exhaust EM, the suppression thereof has been strongly desired.
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、EGRクーラ内におけるエンジン冷却水のボイリングの抑制を図った排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device that suppresses boiling of engine coolant in an EGR cooler.
第1の発明は、内燃機関に付設され、排気ガスの一部をEGRガスとして排気系から吸気系に環流させる排気ガス再循環装置であって、それぞれ複数のEGRガス通路および冷却水通路がその内部に形成されたハウジングと、前記EGRガス通路にEGRガスを流入させるEGRガス流入路と、前記冷却水通路にエンジン冷却水を導入する冷却水導入管と、前記冷却水通路からエンジン冷却水を排出する冷却水排出管とを有し、当該EGRガスを当該エンジン冷却水によって冷却するEGRクーラを備え、前記複数のEGRガス通路は、前記ハウジング内で一方向に所定の間隔をもって並べられた複数のインナチューブにより形成され、前記EGRガス流入路は、前記ハウジングの前記EGRガス通路の上流側となる所定部位に接続されかつ前記複数のインナチューブの前記並び方向に対して前記EGRガスを偏って流入させるように湾曲しており、前記冷却水導入管は、前記ハウジングの前記EGRガスの流れ方向下流側となる部位に接続され、前記冷却水排出管は、冷却水が前記ハウジング内で前記複数のインナチューブのそれぞれの間を前記EGRガスの流れとは相反する方向に流れかつ前記所定部位の側で前記複数のインナチューブの並び方向と直交する方向に流れるように、前記ハウジングのEGRガスの流れ方向上流側となる部位で接続されることを特徴とする。 A first invention is an exhaust gas recirculation device attached to an internal combustion engine and circulating a part of exhaust gas as EGR gas from an exhaust system to an intake system, each of which has a plurality of EGR gas passages and cooling water passages. A housing formed inside, an EGR gas inflow passage for allowing EGR gas to flow into the EGR gas passage, a cooling water introduction pipe for introducing engine cooling water into the cooling water passage, and engine cooling water from the cooling water passage. A plurality of EGR gas passages that are arranged at a predetermined interval in one direction in the housing. The EGR cooler includes an EGR cooler that cools the EGR gas with the engine coolant. is formed by the inner tube, the EGR gas inlet passage is connected to a predetermined portion on the upstream side of the EGR gas passage of the housing and Serial is curved so that with respect to the arrangement direction of the plurality of inner tubes is flowed disproportionately the EGR gas, the cooling water inlet pipe is connected to a site where the flow direction downstream side of the EGR gas in the housing The cooling water discharge pipe is configured such that the cooling water flows between each of the plurality of inner tubes in the housing in a direction opposite to the flow of the EGR gas and the plurality of inner tubes on the predetermined portion side. to flow in a direction to the arrangement direction orthogonal are connected in part to be the flow direction upstream side of the EGR gas in the housing, characterized in Rukoto.
また、第2の発明は、第1の発明に係る排気ガス再循環装置において、前記偏流手段が前記EGRガス流入路の湾曲であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas recirculation device according to the first aspect of the present invention, the drifting means is a curve of the EGR gas inflow passage.
また、第3の発明は、第1または第2の発明に係る排気ガス再循環装置において、前記EGRガス通路は、前記ハウジング内で一方向に並べられた複数のインナチューブにより形成され、前記冷却水導入管と前記冷却水排出管とのどちらか一方は、前記インナチューブの並び方向と直交する方向で前記冷却水通路に接続することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas recirculation device according to the first or second aspect of the present invention, the EGR gas passage is formed by a plurality of inner tubes arranged in one direction in the housing. One of the water introduction pipe and the cooling water discharge pipe is connected to the cooling water passage in a direction orthogonal to the arrangement direction of the inner tubes.
第1の発明によれば、EGRガス流入路のうちでEGRガスが多く流れる部位に冷却水導入管や冷却水排出管が接続するため、多量のEGRガスと高い流速のエンジン冷却水との間で熱交換が行われることになり、高熱負荷時等においてもEGRガスの熱がエンジン冷却水に吸収しきれなくなる事態が生じにくくなり、ハウジング内でのエンジン冷却水のボイリングが効果的に抑制される。また、第2の発明によれば、ハウジング内に偏流板等を付加することなく、ハウジング内にEGRガスを偏って流入させることが可能となる。また、第3の発明によれば、ハウジング内でのエンジン冷却水の流れがインナチューブの壁面によって阻害されにくくなり、所定部位における熱交換が円滑に行われるようになる。 According to the first aspect of the invention, since the cooling water introduction pipe and the cooling water discharge pipe are connected to the portion where the EGR gas flows in the EGR gas inflow passage, the gap between the large amount of EGR gas and the high-speed engine cooling water. The heat exchange is performed in this way, and it becomes difficult for the EGR gas heat to be absorbed into the engine cooling water even under high heat loads, and the engine cooling water boiling in the housing is effectively suppressed. The In addition, according to the second invention, it is possible to cause the EGR gas to flow in a biased manner in the housing without adding a drift plate or the like in the housing. Further, according to the third aspect of the invention, the flow of engine cooling water in the housing is less likely to be hindered by the wall surface of the inner tube, and heat exchange at a predetermined portion is smoothly performed.
以下、図面を参照して、本発明をディーゼルエンジン用のEGR装置に適用した一実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態では、説明の便宜上、図1における右側を前方とし、紙面手前側を右方(反エンジン側)とする。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an EGR device for a diesel engine will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment, for convenience of explanation, the right side in FIG. 1 is the front side, and the front side of the drawing is the right side (the anti-engine side).
≪実施形態の構成≫
図1に示すように、EGR装置1は、上流側分岐管2、EGRクーラ3、バイパスパイプ4、EGRバイパスバルブ5を主要な構成要素としている。上流側分岐管2は、排気管(図示せず)から分岐した排気分流管8に接続し、排気分流管8から流入したEGRガスをEGRクーラ3とバイパスパイプ4とに分配する。EGRクーラ3は、上流側分岐管2から流入したEGRガスをエンジン冷却水によって冷却し、低温EGRガスとしてEGRバイパスバルブ5に供給する。バイパスパイプ4は、上流側分岐管2から流入したEGRガスを高温EGRガスとしてそのままEGRバイパスバルブ5に供給する。EGRバイパスバルブ5は、図示しないエンジンECUの駆動指令に基づいて作動し、低温EGRガスあるいは高温EGRガスを吸気系のEGRガス環流管9に選択的に供給する。
<< Configuration of Embodiment >>
As shown in FIG. 1, the EGR device 1 includes an
上流側分岐管2は、EGRクーラ3に接続するクーラ側接続パイプ11と、バイパスパイプ4に接続するバイパス側接続パイプ12とを有している。図2にも示すように、クーラ側接続パイプ11は湾曲しており、排気分流管8から左方に向けて流入したEGRガスを略90°屈曲させて後方のEGRクーラ3に流入させる。
The upstream
<EGRクーラ>
図1,図2に示すように、EGRクーラ3は、直方体形状を呈するハウジング21と、ハウジング21の後端(上流端)に形成された上流側コーン部22と、ハウジング21の前端(下流端)に形成された下流側コーン部23と、冷却水導入ホース24が接続する冷却水導入パイプ25と、冷却水排出ホース26が接続する冷却水排出パイプ27と、バルブ冷却ホース28が接続するバルブ冷却パイプ29とを有している。なお、バルブ冷却パイプ29は、遮熱板を兼ねたパイプブラケット30を介し、ハウジング21の下面に支持されている。本実施形態の場合、冷却水導入パイプ25および冷却水排出パイプ27はどちらもハウジング21の上面に接続しているが、冷却水導入パイプ25はハウジング21の前端側右方に位置し、冷却水排出パイプ27はハウジング21の後端側左方に位置している。すなわち、冷却水導入パイプ25と冷却水排出パイプ27とは、ハウジング21に対して平面視で対角線L上に位置している。
<EGR cooler>
As shown in FIGS. 1 and 2, the EGR
図3に示すように、本実施形態のハウジング21には、EGRガス通路となる扁平なインナチューブ34が左右方向に所定の間隔をもって複数列(図示例では、7列)形成されており、上流側コーン部22から流入したEGRガスがこれらインナチューブ34を通過する。インナチューブ34の上端側にはエンジン冷却水が貯留されるアッパタンク31が形成される一方で、下端側にロアタンク32が形成され、ハウジング21の内壁やインナチューブ34の壁面によって画成される空間が両タンク31,32を連通する冷却水通路33となっている。そして、上述した冷却水排出パイプ27は、冷却水通路33の並び方向(左右方向)と直交する方向(すなわち、上下方向)でハウジング21の上面に開口している。
As shown in FIG. 3, in the
≪実施形態の作用≫
エンジンが運転を開始すると、エンジンECUは、エンジン回転速度や冷却水温、吸気温、エンジン負荷等の各種運転情報に基づいてEGRガスの環流量や導入温度を設定し、EGRバイパスバルブ5を駆動制御する。EGRバイパスバルブ5は、クーラポジションにおいてEGRクーラ3からの低温EGRガスをEGRガス環流管9に流し、バイパスポジションにおいてバイパスパイプ4からの高温EGRガスをEGRガス環流管9に流す。なお、EGRガスの供給を停止もしくは流量調整する際には、図示しないEGRバルブの開閉制御あるいは開度制御を行う。
<< Operation of Embodiment >>
When the engine starts operation, the engine ECU sets the EGR gas circulation flow rate and the introduction temperature based on various operation information such as the engine rotation speed, the cooling water temperature, the intake air temperature, and the engine load, and drives and controls the EGR bypass valve 5. To do. The EGR bypass valve 5 allows the low temperature EGR gas from the
EGRバイパスバルブ5のクーラポジションでEGRクーラ3に流入したEGRガスは、冷却水通路33内を通過するエンジン冷却水と熱交換を行うことで低温EGRガスとなった後、EGRバイパスバルブ5およびEGRガス環流管9を介して燃焼室に環流する。この際、図4に示すように、EGRガスは、クーラ側接続パイプ11によって略90°屈曲させられるため、左方に偏った状態で上流側コーン部22からハウジング21内に流入する(すなわち、左側のインナチューブ34により多く流入する)。一方、図3に示すように、ハウジング21の後端側では、冷却水排出パイプ27が左上方に位置するため、エンジン冷却水も左側の冷却水通路33により多く流れる(すなわち、左側の冷却水通路33内でエンジン冷却水の流速が高くなる)。
The EGR gas that has flowed into the
このように、ハウジング21内では、多量のEGRガスと高い流速のエンジン冷却水とがどちらも左側を流れることになり、該部においてインナチューブ34を隔てて出会ったEGRガスとエンジン冷却水との間で効果的に熱交換が行われる。なお、冷却水排出パイプ27が冷却水通路33の並び方向と直交する方向で接続しているため、冷却水排出パイプ27に流入するエンジン冷却水の流れが冷却水通路33の壁面によって阻害されず、左側の冷却水通路33におけるEGRガスとエンジン冷却水との熱交換効率が向上する。これらにより、本実施形態では、高熱負荷時等においてもEGRガスの熱がエンジン冷却水に吸収されやすくなり、クーラコア内でのエンジン冷却水のボイリングが効果的に抑制される。
Thus, in the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明はこれら実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はディーゼルエンジンのEGR装置に本発明を適用したものであるが、本発明はガソリンエンジン等のEGR装置にも当然に採用可能である。また、上記実施形態では、偏流手段としてEGRガス流入路の湾曲を採用したが、偏流手段としてハウジング内に偏流板を設けるようにしてもよい。また、上記実施形態では、冷却水通路に対して所定部位で冷却水排出管を接続させるようにしたが、冷却水排出管に代えて冷却水導入管を接続させるようにしてもよく、この場合にも略同様の効果を得ることができる。その他、EGR装置の具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。 Although the description of the specific embodiments is finished as described above, the present invention is not limited to these embodiments and can be widely modified. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to an EGR device for a diesel engine, but the present invention can naturally be applied to an EGR device such as a gasoline engine. Moreover, in the said embodiment, although the curve of the EGR gas inflow path was employ | adopted as a drifting means, you may make it provide a drifting plate in a housing as a drifting means. In the above embodiment, the cooling water discharge pipe is connected to the cooling water passage at a predetermined position. However, instead of the cooling water discharge pipe, a cooling water introduction pipe may be connected. In addition, substantially the same effect can be obtained. In addition, the specific configuration and the like of the EGR device can be appropriately changed as long as they do not depart from the spirit of the present invention.
1 EGR装置
2 上流側分岐管
3 EGRクーラ
11 クーラ側接続パイプ(EGRガス流入路、偏流手段)
21 ハウジング
22 上流側コーン部
25 冷却水導入パイプ(冷却水導入管)
27 冷却水排出パイプ(冷却水排出管)
31 アッパタンク
32 ロアタンク
33 冷却水通路
34 インナチューブ(EGRガス通路)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
21
27 Cooling water discharge pipe (cooling water discharge pipe)
31
Claims (4)
それぞれ複数のEGRガス通路および冷却水通路がその内部に形成されたハウジングと、前記EGRガス通路にEGRガスを流入させるEGRガス流入路と、前記冷却水通路にエンジン冷却水を導入する冷却水導入管と、前記冷却水通路からエンジン冷却水を排出する冷却水排出管とを有し、当該EGRガスを当該エンジン冷却水によって冷却するEGRクーラを備え、
前記複数のEGRガス通路は、前記ハウジング内で前記EGRガスの流れを横切る方向に所定の間隔をもって並べられた複数のインナチューブにより形成され、
前記EGRガス流入路は、前記ハウジングの前記EGRガス通路の上流側となる所定部位に接続されかつ前記複数のインナチューブの前記並び方向に対して前記EGRガスを偏って流入させるように湾曲しており、
前記冷却水導入管は、前記ハウジングの前記EGRガスの流れ方向下流側となる部位に接続され、
前記冷却水排出管は、前記ハウジングのEGRガスの流れ方向上流側の前記EGRガスが偏って多量に流入する側に、かつ前記複数のインナチューブの並び方向及び前記EGRガスの流れ方向と直交する方向に冷却水を流すように接続されることを特徴とする排気ガス再循環装置。 An exhaust gas recirculation device attached to an internal combustion engine for recirculating a part of exhaust gas from an exhaust system to an intake system as EGR gas,
A housing in which a plurality of EGR gas passages and cooling water passages are formed, an EGR gas inflow passage through which EGR gas flows into the EGR gas passage, and cooling water introduction for introducing engine cooling water into the cooling water passage A cooling water discharge pipe for discharging engine cooling water from the cooling water passage, and an EGR cooler for cooling the EGR gas with the engine cooling water,
The plurality of EGR gas passages are formed by a plurality of inner tubes arranged at a predetermined interval in a direction crossing the flow of the EGR gas in the housing.
The EGR gas inlet passage is curved so as to flow into biased the EGR gas to the array direction of the is connected to a predetermined portion on the upstream side of the EGR gas passage and said plurality of inner tubes of said housing And
The cooling water introduction pipe is connected to a portion on the downstream side in the flow direction of the EGR gas of the housing,
The cooling water discharge pipe is on the upstream side of the EGR gas in the EGR gas flow direction of the housing and on the side where a large amount of the EGR gas flows in a direction, and is orthogonal to the arrangement direction of the plurality of inner tubes and the flow direction of the EGR gas. exhaust gas recirculation device according to claim Rukoto connected to flow a cooling water in the direction.
それぞれ複数のEGRガス通路および冷却水通路がその内部に形成されたハウジングと、前記EGRガス通路にEGRガスを流入させるEGRガス流入路と、前記冷却水通路にエンジン冷却水を導入する冷却水導入管と、前記冷却水通路からエンジン冷却水を排出する冷却水排出管とを有し、当該EGRガスを当該エンジン冷却水によって冷却するEGRクーラを備え、
前記EGRガス流入路は、前記ハウジングの前記EGRガス通路の上流側となる所定部位に接続されかつ前記複数のEGRガス通路に前記EGRガスを偏って流入させる偏流手段を有し、
前記冷却水導入管は、前記ハウジングの前記EGRガスの流れ方向下流側となる部位に接続され、
前記冷却水排出管は、冷却水が前記ハウジング内で前記EGRガスの流れとは相反する方向に流れるように前記所定部位の側で前記ハウジングのEGRガスの流れ方向上流側となる部位で接続されることを特徴とする排気ガス再循環装置。 An exhaust gas recirculation device attached to an internal combustion engine for recirculating a part of exhaust gas from an exhaust system to an intake system as EGR gas,
A housing in which a plurality of EGR gas passages and cooling water passages are formed, an EGR gas inflow passage through which EGR gas flows into the EGR gas passage, and cooling water introduction for introducing engine cooling water into the cooling water passage A cooling water discharge pipe for discharging engine cooling water from the cooling water passage, and an EGR cooler for cooling the EGR gas with the engine cooling water,
The EGR gas inflow path is connected to a predetermined portion on the upstream side of the EGR gas passage of the housing , and has a drifting means for biasing the EGR gas into the plurality of EGR gas passages,
The cooling water introduction pipe is connected to a portion on the downstream side in the flow direction of the EGR gas of the housing,
The cooling water discharge pipe is connected at a portion on the upstream side in the EGR gas flow direction of the housing on the predetermined portion side so that the cooling water flows in a direction opposite to the flow of the EGR gas in the housing. An exhaust gas recirculation device characterized by that.
前記冷却水排出管は、前記インナチューブの並び方向及び前記EGRガスの流れ方向と直交する方向に冷却水を流すように前記冷却水通路に接続することを特徴とする、請求項2または請求項3に記載された排気ガス再循環装置。 The EGR gas passage is formed by a plurality of inner tubes arranged at a predetermined interval in a direction across the flow of the EGR gas in the housing,
The cooling water discharge pipe, characterized in that said connecting to the cooling water passage to flow a cooling water arrangement direction and the direction perpendicular to the flow direction of the EGR gas in the inner tube, according to claim 2 or claim 3. The exhaust gas recirculation device according to 3.
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